(57)【要約】【課題】接合部分に耐力を得ることができる杭頭接合構造を提供する。【解決手段】タイヤ３１の中空部に中詰材を充填した接合体３を、杭体１の杭頭１１と上部構造物（基礎２）との間に配置した。この結果、杭体１と基礎２との間に接合体３を配置して、杭体１と基礎２とを直接結合していないため、杭体１に作用する応力（曲げモーメントなど）を大幅に低減できる。また、タイヤ３１の中空部に充填した中詰材は、せん断変形により地震動エネルギを吸収する免震効果によって入力地震動を低減する。さらに、地震時には、ロッキング（爪先立ち）のような浮き上がりを許容するため、上部構造物への入力地震動の低減を図ることができる。特に、タイヤ３１の中空部に中詰材を充填した接合体３は、非常に高い強度を得るため、大型構造物に対しても利用することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤの中空部に中詰材を充填した接合体を、杭体の杭頭と上部構造物との間に配置したことを特徴とする杭頭接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭基礎の杭頭接合構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
杭基礎の場合、地震により杭頭に大きな曲げモーメントが生じ、当該杭頭での被害が多く見られる。例えば、構造物が傾斜するなどの被害が生じ、場合によっては構造物の建て直しが必要になる。すなわち、地震時の杭頭の力学機構は重要である。
【０００３】
一方、近年では、老朽化した構造物の建て替え工事が増えている。この場合、既存建物に使用されていた杭（既存杭）の処理が問題となる。既存杭の上にそのまま直接基礎を載せると、杭頭およびスラブ底面が損傷したり、上部構造に不同沈下が生じたりする問題がある。このため、既存杭を全て抜いて撤去する、新設の基礎の邪魔にならないように杭頭の一部を破壊するなどの対策が必要になる。
【０００４】
従来、上記の問題に対して、杭頭接合部の構造として、杭頭に土嚢を設けて養生することが知られている。すなわち、杭頭と上部構造物との接合をピン接合した場合と同様の性能とし、かつ、簡略な構成として施工性を向上してコストおよび工期を削減することを可能にしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２４８５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、杭頭に土嚢を設けた場合では、鉄筋などの硬いものと接して土嚢袋が破けたり、基礎を含む構造物が地震時にロッキングして大きな鉛直力が作用して土嚢袋が破けたりする危険性があった。この結果、従来の杭頭接合構造は、大型構造物に使用することが難しかった。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みて、接合部分に耐力を得ることができる杭頭接合構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る杭頭接合構造は、タイヤの中空部に中詰材を充填した接合体を、杭体の杭頭と上部構造物との間に配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る杭頭接合構造は、杭体と上部構造物との間に接合体３を配置して、杭体と上部構造物とを直接結合していないため、杭体に作用する応力（曲げモーメントなど）を大幅に低減することができる。また、タイヤの中空部に充填した中詰材は、せん断変形により地震動エネルギを吸収する免震効果によって入力地震動を低減することができる。さらに、地震時には、ロッキング（爪先立ち）のような浮き上がりを許容するため、上部構造物への入力地震動の低減を図ることができる。特に、タイヤの中空部に中詰材を充填した接合体は、非常に高い強度を得るため、大型構造物に対しても利用することができる。このように、本発明に係る杭頭接合構造は、接合部分に耐力を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る杭頭接合構造の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
図１は本発明に係る杭頭接合構造を示す概念図である。図１に示すように本発明の杭頭接合構造は、地中に埋設した杭体１の杭頭１１と、上部建造物の基礎２との間を切り離した形態で、杭頭１１と基礎２との間に接合体３を配置してある。接合体３は、タイヤ３１の中空部３１３（図２参照）に中詰材３２（図３参照）を充填したものである。
【００１２】
なお、接合体３のタイヤ３１は、本実施の形態では廃タイヤを用いる。廃タイヤは、例えばトレッドが磨耗して使用できなくなったタイヤ３１をいう。本実施の形態では、タイヤ３１を加工して用いている。具体的には、図２に示すようにタイヤ３１は、トレッドが形成された円筒部３１１の両側に側面部３１２を備え、円筒部３１１と両側面部３１２とで囲む筒内に中空部３１３を有している。そして、側面部３１２を上下方向に向けた状態で、上側の側面部３１２を円筒部３１１の周方向に沿って切断する。この結果、切断した上側の側面部３１２がタイヤチップ用となり、残った下側が本発明で用いる接合体用となる。接合体用のタイヤ３１には、上側の側面部３１２を切断した部分に開口３１４が形成される。なお、タイヤ３１を切断する作業は、一般に使用される切断機を用いて工場などで予め行なうことができる。
【００１３】
また、中詰材３２は、例えば砕石、砂、砂礫、コンクリート塊、建設残土、再生骨材、ガラスくず、陶器くず、石炭灰（およびその造粒材）、鉄鋼スラグ類、カキ殻などの安価な材料のものからなる粒状体である。特に、コンクリート塊、石炭灰、鉄鋼スラグ類、カキ殻は産業廃棄物に指定されているものであり、本発明ではこれらの産業廃棄物を処理する点において有効な利用形態を提供する。また、現場の土にセメント系固化材を混合した改良土を中詰材３２として利用しても良い。
【００１４】
杭頭接合構造をなす杭頭接合方法としては、図３に示すように支持基盤４の上面に対して杭頭１１が面一となるように支持基盤４に杭体１を打ち込む。その後、支持基盤４の上にジオテキスタイル５を敷設する。ジオテキスタイル５は、接合体３を配設した造成地盤を支持するとともに、後にタイヤ３１の内部に充填された中詰材３２が下層地盤へ抜け出る事態を防止するためのものである。このジオテキスタイル５は、土や岩などの土質工的材料とともに用いられて、土構造物の強化や安定性の増大に寄与する合成高分子材料であって、透水性のある繊維材料のことをいう。
【００１５】
ジオテキスタイル５の敷設後、開口３１４を上方に向けたタイヤ３１をジオテキスタイル５の上面に複数載置する。隣り合うタイヤ３１同士は、それぞれの円筒部を接触するように置く。また、必要によっては、隣り合うタイヤ３１同士を連結する。タイヤ３１同士の連結においては、図４に示すように隣り合う各タイヤ３１の円筒部３１１にそれぞれ貫通孔を空け、ボルト６１を通して固定する。または、図５に示すように隣り合う各タイヤ３１の円筒部３１１の縁同士を開口３１４からクリップ６２で固定する。
【００１６】
タイヤ３１の載置後、図３に示すようにタイヤ３１の上から中詰材３２を撒き、当該中詰材３２をタイヤ３１の中空部３１３に充填する。次いで、タイヤ３１の上側に余分に盛られた状態で撒かれている中詰材３２をロードローラなどの締固め機械７を用いてタイヤ３１の上側から転圧する。この転圧によって中詰材３２に荷重が加えられ、当該中詰材３２がタイヤ３１の内部で圧縮される。このようにして、支持基盤４の上面に接合体３の層が形成される。
【００１７】
次いで、図６に示すように先に形成した接合体３の層の上に、上記と同様に開口３１４を上方に向けたタイヤ３１を複数載置し、当該タイヤ３１の上から中詰材３２を撒き、中詰材３２をタイヤ３１の中空部３１３に充填して、タイヤ３１の上側に余分に盛られた中詰材３２を締固め機械７を用いてタイヤ３１の上側から転圧する。このようにして、先に形成した接合体３の層の上に、さらに接合体３の層が形成される。この接合体３の層は、必要に応じて積層する。なお、ジオテキスタイル５は、支持基盤４の上だけでなく、接合体３の各層ごと、あるいは複数層おきに敷設してもよい。
【００１８】
その後、図１に示すように接合体３の層の上に上部構造物の基礎２を施工する。
【００１９】
ここで、接合体３の層を形成するにあたり、締固め機械７を用いてタイヤ３１の上側から転圧して、中詰材３２をタイヤ３１の内部で圧縮すると、図７の左側に示すようにタイヤ３１の円筒部３１１は、仮想線で示す膨張状態に至るまで押し広げられることになる。そして、中詰材３２に上側から荷重を加えると、図７の右側に示すように膨張状態のタイヤ３１の中空部３１３に中詰材３２が隙間無く充填される。この状態では、円筒部３１１にフープテンションが生じており、中詰材３２に上側から荷重を加えると正のダイレイタンシーが生じる状態である。なお、フープテンションとは、パイプやタンクなどの円筒状の容器に内圧が作用したときに、円筒面に発生する円周方向の引張力をいう。また、ダイレイタンシーとは、せん断応力が作用して中詰材３２に体積変化が起こることをいう。
【００２０】
上述した膨張状態のタイヤ３１は、圧力を付与したプレロードによって全体として硬い支持平板を構成して、上からの大きな荷重に耐え得ることになる。すなわち、膨張状態にあるタイヤ３１の内部にある中詰材３２は、円筒部３１１が中詰材３２を圧縮する力に応じて剛性が増加するものであり、これによりタイヤ３１が全体として硬い支持平板を構成して、上からの大きな荷重に耐え得ることになる。
【００２１】
図８および図９は本発明に係る杭頭接合構造における圧縮・除荷試験の鉛直応力−鉛直ひずみ関係を示す図であり、図９は図８の一部拡大図である。図８および図９において、符号「Ａ」は、接合体３を図１に示す３層としてタイヤ（廃タイヤ）３１に詰め込む中詰材３２に豊浦砂を適用した場合である。また、符号「Ｂ」は、接合体３を図１に示す３層としてタイヤ（廃タイヤ）３１に詰め込む中詰材３２に再生骨材（アスファルト舗装廃材などから製造した骨材）を適用した場合である。また、符号「Ｃ」は、接合体３を図１に示す３層としてタイヤ（廃タイヤ）３１に詰め込む中詰材３２に水締めした豊浦砂を適用した場合である。また、符号「Ｄ」は、接合体３を図１に示す３層としてタイヤ（廃タイヤ）３１に詰め込む中詰材３２にＰＳ灰（ペーパースラッジ焼却灰）を適用した場合である。また、符号「Ｅ」は、接合体３を図１に示す３層としてタイヤ（廃タイヤ）３１に詰め込む中詰材３２にメサライト（人工軽量骨材）を適用した場合である。なお、符号「Ｆ」は比較として接合体を従前の砕石入り土嚢とした場合である。さらに、符号「Ａ’」は、接合体３を図１に示す３層としてタイヤ（新品タイヤ）３１に詰め込む中詰材３２に豊浦砂を適用した場合であり、符号「ａ」は、接合体３を５層としてタイヤ（廃タイヤ）３１に詰め込む中詰材３２に豊浦砂を適用した場合である。そして、圧縮→除荷→再圧縮を繰り返しながら圧力荷重レベルを上げた。すなわち、本発明に係る杭頭接合構造のようにタイヤ３１に中詰材３２を充填した接合体３を用いた場合では、土嚢を用いた場合と比較し、その耐力がフープテンションによって拘束されて非常に大きいことが分かる。
【００２２】
ここで、図９において、Ｅはヤング率、Ｖｓはせん断波速度（横波の伝わる速さ）である。そして、σ＝Ｅ×εの関係から（σ：縦軸、ε：横軸）、Ｅは図９中のグラフの傾きをあらわす。すなわち、Ｅが大きい程硬く、逆にＥが小さい程軟らかい材料と言える。また、Ｅ＝２（１＋ν）・ρ・Ｖｓ2の関係から（ν：ポアソン比、ρ：密度）、ν＝ρであればＥが大きいときＶｓも大きく硬い材料であると言える。よって、一度載荷（圧縮）して除荷すると、その後は履歴荷重内であればグラフの傾きが大きくなる。すなわち、履歴のない荷重状態に比べて剛性が大きくなる。
【００２３】
したがって、上述した杭頭接合構造によれば、杭体１と基礎２との間に接合体３を配置して、杭体１と基礎２とを直接結合していないため、杭体１に作用する応力（曲げモーメントなど）を大幅に低減することが可能である。また、杭体１と基礎２とを直接結合していないため、施工時・施工完了後・地震時において杭体１の杭頭１１および基礎２の底面を保護することが可能になる。
【００２４】
また、タイヤ３１の中空部に充填した中詰材３２は、図１０に示すように繰り返しせん断に対して非線状の履歴ループを描いて地震動エネルギを吸収するために免震効果が得られる。さらに、タイヤ３１の中空部に中詰材３２を充填した接合体３は、せん断変形によって図１１に示すように上部構造物（基礎２）のロッキング（爪先立ち）のような浮き上がりを許容するため、上部構造物への入力地震動の低減を図ることが可能である。
【００２５】
また、タイヤ３１の中空部に中詰材３２を充填した接合体３は、新設杭や既設杭のいずれであっても利用でき、さらに杭体１の種類（場所打ちコンクリート杭、鋼管杭、既製コンクリート杭、鋼管巻きコンクリート杭など）に関わらず利用できる。
【００２６】
特に、タイヤ３１の中空部に中詰材３２を充填した接合体３は、廃タイヤであっても非常に高い強度を得ることが可能である。このため、大型構造物に対しても利用可能である。また、廃タイヤを有効利用することで環境保全に寄与することが可能である。また、必要に応じて大型トラック用タイヤから小型車用タイヤまで種々の大きさの選択が可能である。また、中詰材３２として産業廃棄物や、建設現場で生じた廃棄物を中詰材３２として利用することが可能である。品質の悪い中詰材３２であっても適宜硬さを有していればタイヤ３１のフープテンションによる拘束応力によって圧力が加わるので強固になる。また、中詰材３２の充填状態や材料の選択によって剛性の調整が可能なので、クッション材として利用することも可能である。また、プレロードによって大きな剛性を得ることが可能である。接合体３を上記のごとく一面に敷くことで表層地盤改良と同様の効果を得ることが可能である。
【００２７】
なお、上述した実施の形態では、タイヤ３１の側面部３１２を切断した接合体用として形成しているが、通常のタイヤ３１を切断せずに用いてもよい。また、上述した実施の形態では、杭体１の上に一面に接合体３を敷いているが、杭体１の杭頭１１の部分のみに接合体３を設置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る杭頭接合構造を示す概念図である。
【図２】図１に示すタイヤの概略図である。
【図３】図１に示す杭頭接合構造をなす工程を示す概略図である。
【図４】図１に示すタイヤの連結構造を示す概略図である。
【図５】図１に示すタイヤの連結構造を示す概略図である。
【図６】図１に示す杭頭接合構造をなす工程を示す概略図である。
【図７】図１に示すタイヤに中詰材を充填した状態を示す概略図である。
【図８】本発明に係る杭頭接合構造における圧縮・除荷試験の鉛直応力−鉛直ひずみ関係を示す図である。
【図９】本発明に係る杭頭接合構造における圧縮・除荷試験の鉛直応力−鉛直ひずみ関係を示す図である。
【図１０】本発明に係る杭頭接合構造におけるせん断応力−せん断ひずみ関係を示す図である。
【図１１】本発明に係る杭頭接合構造におけるロッキングを示す概念図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    杭体
１１    杭頭
２    基礎
３    接合体
３１    タイヤ
３１１    円筒部
３１２    側面部
３１３    中空部
３１４    開口
３２    中詰材
４    支持基盤
５    ジオテキスタイル
６１    ボルト
６２    クリップ
７    締固め機械
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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